今日发帖数:0 | 昨日帖数:7 | 会员数:150760 | 欢迎新会员:rvnk123456
粉体交流 > 粉体应用 > 氮化硅薄膜——集成电路制造至关重要的介质材料
  • 135
    阅读
  • 0
    回复
氮化硅薄膜——集成电路制造至关重要的介质材料

17621806364
等级:四级士官
累计积分:72
可用积分:72
楼主 发表于:2022-04-11 11:51:49
回复    1楼

中国粉体网讯  氮化硅(Si3N4)薄膜是一种应用广泛的介质材料。作为非晶绝缘物质,氮化硅膜的介质特性优于二氧化硅膜,具有对可动离子阻挡能力强、结构致密、针孔密度小、化学稳定性好、介电常数高等优点,在集成电路制造领域被广泛用作表面钝化保护膜、绝缘层、杂质扩散掩膜、刻蚀掩膜以及半导体元件的表面封装等。

 


图片来源:Pixabay

 

此外,氮化硅薄膜具备良好的光电性质、钝化性能和抗水汽渗透能力。在硅基太阳能电池中,氮化硅薄膜可用作减反射膜,同时起到表面钝化和体内钝化的作用,从而提高太阳能电池的转换效率。

 

因此,氮化硅薄膜的制备工艺及其组成、结构和性质的研究越来越受到人们的重视。目前有直接氮化法,物理气相沉积,化学气相沉积等几种制备氮化硅薄膜的方法。


直接氮化法


直接氮化法是最简单的制备氮化硅薄膜的方法,即把硅放在氮化气氛中,并加热到一定的温度,使得硅和氮化气氛反应,在硅表面生成一层氮化硅膜。常用的氮化气体为NH3、NO、N2等。


利用直接氮化法制备氮化硅的最大特点为:表面一旦形成氮化硅膜以后,就把氮和硅隔离开来,使得反应速度降低,因此用直接氮化制备氮化硅薄膜,一般膜厚在10nm以下。


用该方法制备的优点是氮化硅膜较其他制备方法致密和稳定,化学计量性好,氢含量少,但高温会造成基板中杂质重新分布,产生堆垛层错,从而降低设备性能。


物理气相沉积法(PVD)


1、真空蒸发镀膜


把待镀膜的基片或工件置于高真空室内,通过加热使蒸发材料气化(或升华)而沉积到某一温度的基片或工件的表面上,从而形成一层薄膜,这一工艺过程称为真空蒸发镀膜。在高真空环境中成膜,可防止膜的污染和氧化,便于得到洁净、致密、符合预定要求的薄膜。此方法的局限性是:难熔金属蒸气压低,很难制成。


2、磁控反应溅射法


溅射这一物理现象早在1852年就已被Grove所发现,即指荷能粒子轰击固体表面,使固体原子(或其分子)从其表面射出的现象。但是直到20世纪20年代,溅射才被Langmuir发展成为一种薄膜沉积技术。通常的溅射方法溅射效率不高,溅射所需的工作气压较高,气体分子对薄膜产生污染的可能性较高。


为了改善这两个缺点,可以加一个平行于阴极表面的磁场,就可以将初始电子的运动限制在邻近阴极的区域,从而增加气体原子的离化效率,提高溅射速率,这种溅射方法就是磁控溅射。


磁控反应溅射的特点是:应用磁控溅射技术,可以溅射一切具有一定耐热能力的金属和半导体材料;使用简便、操作易控性,镀膜过程中通过精确控制气压、功率和时间等溅射条件,就能获得比较稳定的沉积速率,即可沉积所需厚度的薄膜;易于组织大批量生产。


化学气相沉积法(CVD)


化学气相沉积方法把含有构成薄膜元素的气体供给衬底,利用加热、等离子体及紫外光等能源,发生化学反应沉积薄膜。常用的CVD法有以下几种:


1、常压化学气相沉积法(APVCD)


常压化学气相沉积就是在常压环境下,反应气体受热后被N2或Ar等惰性气体输运到加热的高温基片上,经化合反应或热分解生成固态薄膜。


由于反应是在常压下进行的,在生成薄膜材料的同时各种副产物也将同时生产;常压下分子的扩散速率小,不能及时排出副产物,这既限制了沉积速率,又加大了膜层污染的可能性,导致薄膜的质量下降。现已逐渐被后来的低压化学气相沉积和等离子体增强化学气相沉积所取代。


2、低压化学气相沉积(LPCVD)


人们在APCVD的基础上研制出了LPCVD。LPCVD克服了APCVD沉积速率小、膜层污染严重等缺点,因而所制备氮化硅薄膜的均匀性好,缺陷少,质量高。并可同时在大批量的基板上沉积薄膜,易于实现自动化,效率高,现已成为半导体工业中制备氮化硅薄膜的主要方法。


LPCVD以热量来活化反应气体,为保证反应进行完全,反应的温度都较高,一般在700℃以上。在这样的温度下制得的薄膜的化学计量性好,膜层致密,因此薄膜的性能也较好。但另一方面,高温对基板的要求很高,衬底容易变形,其中的缺陷会生长和蔓延,从而影响界面性能。



北方华创LPCVD沉积设备


3、等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)


等离子体增强化学气相沉积是一种通过射频使一定组成的气态物质部分发生电离形成等离子体,促进化学反应,沉积成薄膜材料的一种技术。由于该技术是通过高频电磁感应与气体分子的共价键产生耦合共振,使其电离,显著降低反应所需温度,增加反应速率,提高成膜质量。


该方法具有设备简单,衬底与薄膜结合性好,成膜的均匀性和重复性好等特点。同时,较低的沉积温度有利于实现更小的畸变、更佳的共形沉积和更快的沉积速率。PECVD制备的氮化硅薄膜具有强度高、硬度高、介电常数大、折射率可调、透射率高、光衰减系数小和化学稳定性好等特点。


参考来源:

[1]刘文龙.氮化硅薄膜的制备技术综述

[2]李攀等.PECVD 氮化硅薄膜性质及工艺研究